Name: Combinant la microfluidique et microrhéologie pour déterminer les propriétés rhéologiques de la matière molle au cours de Transitions de phases répétées (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-04-19T14:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 38 s
Description: Découvrez la microfluidique et la microrhéologie pour mesurer les propriétés rhéologiques de la matière molle lors de transitions de phases répétées. Cette méthode permet une caractérisation en temps réel.

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Ce travail a été financé par Procter & Gamble Co. et l’américain chimique société Petroleum Research Fund (54462-DNI7). Accusé de réception est faite pour les donateurs de l’American Chemical Society pétrole fonds de recherche du prise en charge partielle de cette recherche. Les auteurs tiennent à remercier le Dr Marco Caggioni discussions utiles.

1. fabrication du dispositif microfluidique
<ol><li>Fabrication de microfluidique de timbre. Remarque : Cette étape nécessite l’utilisation de matières volatiles et doit se faire sous une hotte chimique.<ol>
<li>Utiliser un dessin imprimé négatif avec les mêmes dimensions que la lame de verre (75 × 50 mm), le blanc couleur de canaux, et le fond de couleur noir (voir Figure 1). Imprimer ce dessin sur une feuille d’acétate clair (transparence) avec une résolution de 1200 dpi.</li>
		<li>Si la partie sombre de la transparence permet toujours la lumière à travers, couche plusieurs négatifs et adhérer à l’aide de ruban adhésif double face.</li>
		<li>Allumez la source lumineuse de l’ultraviolette (UV) de forte intensité et laissez-le se réchauffer à une puissance constante (environ 30 min). Remarque : Des lunettes de protection UV doivent être portés lors de l’utilisation de la source de lumière UV de forte intensité.</li>
		<li>Remplissage trois plats de Pétri de 150 mL avec l’acétone, l’éthanol et l’eau distillée.</li>
		<li>Placez un transparent vierge sur une surface plane à proximité de la source d’UV à haut rendement, mais pas directement sous la lampe à UV légère. Cela fournira une base pour fabriquer le timbre de la microfluidique.</li>
		<li>Décrire les coins d’un 75 × 50 mm porte-objet en verre dans le centre de la transparence vide utilisant une permanente marqueur et placer quatre verre espacés (environ 30 × 30 × 1 mm) dans les coins du rectangle indiqué.</li>
		<li>Verser environ 5 mL de résine DURCISSABLE thiol : ene UV dans le Centre des entretoises, puis placez délicatement un 75 x 50 x 1 lame de verre mm sur les entretoises de verre, afin que la colle est couvert par la lame de verre avec aucune bulle d’air.</li>
		<li>Placez la transparence avec négatif imprimé sur le dessus de la lame de verre et de déplacer tous les éléments ci-dessus (de bas en haut : transparence, entretoises verre et colle UV, lame de verre et négatif transparence imprimé vierges) en faisant glisser le transparent vierge soigneusement en vertu de la source de lumière UV.</li>
		<li>Permettre à la lumière UV pour briller à travers le négatif sur la résine et la guérison. Le temps de polymérisation est réglable pour modifier la hauteur du canal. Soit 45 s cure temps entraîne une hauteur de canal de 1 mm, à l’aide de notre source de lumière.</li>
		<li>Déplacer les composants de la source UV puis retirez la transparence imprimé négatif et la lame de verre. La lame de verre avec les canaux fabriqué en colle UV sera désormais dénommée le timbre de la microfluidique.</li>
		<li>Jeter les entretoises de transparence et de verre.</li>
		<li>Tremper le tampon microfluidique dans le bain d’acétone, suivi par le bain d’éthanol. Répéter cette étape deux fois. L’acétone se dégraderont la colle UV, alors ne laissez ne pas d’acétone sur le timbre pendant plus de 10 s.</li>
		<li>En retenant le timbre, plongez les timbres dans l’eau et utilisez un coton-tige pour enlever le reste de la résine n’a pas réagi. N’essuyez pas directement les parties durcis, en rendant les canaux rugueux.
</li>
		<li>Placez le timbre sur une serviette en papier et retourner à la source UV pendant au moins 30 minutes afin d’assurer une polymérisation complète.</li>
	</ol></li>
	<li>Moulage de polydiméthylsiloxane (PDMS)
	<ol>
<li>Verser 70 g de base PDMS dans une coupe claire et ajouter l’agent de réticulation à la base d’un rapport de poids de 01:10 RETICULATION à la base. Voici le fabricant recommandé les ratios. Ne pas utiliser un récipient en verre.
</li>
		<li>Mélanger le pontage et la base soigneusement avec un agitateur métallique ; le mélange doit être trouble à cause des bulles d’air piégées une fois bien mélangé.</li>
		<li>Mettre le PDMS dans un vide vide de four et tirez sur le PDMS mixtes. Désactiver le vide si la solution commence à déborder de la tasse, puis reprendre le vide après que le dépassement de capacité s’apaise. La pression totale dans l’étuve à vide ne compte pas, car le vide seulement accélère le processus de dégazage. Laisser dans la chambre jusqu'à ce que toutes les bulles ont été évacués du mélange (environ 60 min).</li>
		<li>Place du timbre de microfluidique dans un plastique de diamètre vide 150 mm boîte de Pétri, puis versez lentement le PDMS dans la boîte de Pétri, couvrant complètement le timbre de la microfluidique. Verser près de la surface de la boîte de Pétri pour réduire au minimum les bulles réformer dans le PDMS.</li>
		<li>Couvrir le plat de Pétri et placer dans un four à 55 ° C pendant la nuit pour guérir. Une fois complètement guéri, couper le PDMS à motifs à l’aide d’un couteau et retirer le timbre. Conserver les excès PDMS pour construire le bassin de solvant (pas de protocole 1.6.3) et bouchons PDMS (étape de protocole 2.2.1.1).</li>
		<li>À l’aide d’un poinçon de biopsie de 0,5 mm, couper des trous dans les emplacements suivants : une à chaque coin, une dans la chambre d’aspiration près du bord du canal, six dans le compartiment de mesure placées symétriquement 60° dehors et un dans le centre de la chambre de l’échantillon. Afin d’assurer les trous placées symétriquement imprimant un motif sur une feuille de papier et de la place sous le compartiment de mesure. Étant donné que le PDMS est clair, vous pouvez facilement voir où les trous doivent être placées.</li>
	</ol></li>
	<li>Préparation de la solution de sol-gel pour créer des murs de verre en dispositif microfluidique
	<ol>
<li>Dans un pot de 100 mL, ajouter 25 mL d’éthanol à 90 %, 25 mL de pH 4 (0,0001 M) solution d’acide chlorhydrique, 25 mL de tétraéthoxysilane 98 % et 25 mL de methyltriethoxysilane de 98 %. Placer la solution de 100 mL, maintenant dénommée le fluide preconverted, au micro-ondes sans couvrir pendant 10 secondes, puis les place dans un 80 ° C durant la nuit.</li>
	</ol></li>
	<li>Assemblage de l’appareil
	<ol>
<li>Placez les deux motifs les PDMS et un 75 × 50 × 0,10 mm verre glissent dans le plasma nettoyant et régler la vanne 3 voies sur la position arrêt.</li>
		<li>Mettre en marche la pompe à vide et laisser une minute pour évacuer la chambre.</li>
		<li>Mettre la vanne 3 voies pour le poste de contrôleur de débit et de laisser la chambre équilibrer pendant 5 secondes. Le poste de contrôleur de flux permet un petit débit d’air de pénétrer dans le plasma cleaner, assez bas pour garder la chambre à basse pression. Allumez l’interrupteur de radiofréquence (RF) à moyen pendant 40 secondes, puis éteignez l’interrupteur RF et la pompe à vide.</li>
		<li>Placer la vanne 3 voies à la position ouverte pour retourner la chambre aux conditions atmosphériques. Retirez la lame PDMS et de verre à motifs.</li>
		<li>Respecter soigneusement le PDMS à motifs à la lame de verre en mettant les deux surfaces en contact avec l’autre.</li>
		<li>Appliquer résine durcissable UV aux veines autour des motifs PDMS et cure pendant 5 min sous faible intensité de lumière UV.</li>
	</ol></li>
	<li>Fabrication des murs de verre dans des canaux microfluidiques. Remarque : Cette étape doit être remplie dans les 30 minutes de traitement au plasma, car il repose sur les modifications de la surface qui se produisent pendant le traitement plasma PDMS. L’épaisseur de la couche sera environ de 5 à 10 µm. Cette étape nécessite l’utilisation de matières volatiles et doit se faire sous une hotte chimique.<ol>
<li>Définir une table de cuisson à 100 ° C et préparer les quatre seringues (trois 30 mL et un 3 mL) avec des aiguilles de calibre 18 et environ 30 cm de longueur de tube transparent thermoplastique.</li>
		<li>Remplir trois seringues 30 mL d’éthanol, le chloroforme et l’air, respectivement. Remplir une seringue de 3 mL de fluide preconverted (de l’étape de protocole 1.3.1.)</li>
		<li>Insérer le tube thermoplastique transparent à l’aide de connecteurs en acier inoxydable dans chacun des trous dans le PDMS à motifs, à l’exception du trou d’un des coins. Ce trou servira comme un bras, tandis que tous les autres seront prises.</li>
		<li>Remplir le dispositif microfluidique de preconverted liquide de la seringue, puis placer le dispositif microfluidique sur la plaque chauffante de 100 ° C pour le verre du bas est en contact avec la surface de la plaque chauffante.</li>
		<li>Traverser 3 mL de liquide preconverted du dispositif microfluidique en 10 secondes. L’épaisseur de la paroi de verre est ajusté en changeant la vitesse d’écoulement du fluide preconverted.</li>
		<li>Retirez le dispositif microfluidique de la plaque chauffante. Remplacer la seringue de solution preconverted avec la seringue à air et retirer tout excès de liquide preconverted.</li>
		<li>Remplacer la seringue à air avec la seringue de chloroforme et 15 mL de chloroforme lentement traversent le dispositif microfluidique. Remplacer la seringue de chloroforme avec la seringue de l’éthanol et coulent lentement 30 mL d’éthanol à travers le dispositif microfluidique. Ces mesures devraient prendre environ 1 min.</li>
		<li>Remplacer la seringue de l’éthanol avec la seringue et le débit de l’air à travers le dispositif microfluidique à sec.</li>
	</ol></li>
	<li>Demande de supports et bassin de solvant
	<ol>
<li>Coupe 75 × 10 × 1 mm bandes de verre de 75 × 25 × 1 mm verre de diapositives.</li>
		<li>Appliquer la résine durcissable UV pour les bandes de verre. Placez le dispositif microfluidique sur les bandes, PDMS face vers le haut. Circuler sous la source de lumière de faible intensité UV pendant 5 minutes.</li>
		<li>Couper un carré de PDMS de 30 × 30 mm. À l’aide d’un poinçon de biopsie, découper un trou assez grand pour couvrir le compartiment de mesure 10 mm.</li>
		<li>Placer le carré de PDMS et dispositif microfluidique dans le plasma l’aspirateur, puis mettre la vanne 3 voies sur la position arrêt et mettre en marche la pompe à vide.</li>
		<li>Laisser une minute pour évacuer la chambre. Mettre la vanne 3 voies pour le poste de contrôleur de débit et de laisser la chambre équilibrer pendant 5 secondes.</li>
		<li>Matrice de commutation RF au milieu s’allume pendant 40 secondes, puis s’éteint de commutation RF et pompe à vide.</li>
		<li>Placer la vanne 3 voies à la position ouverte pour retourner la chambre aux conditions atmosphériques.</li>
		<li>Retirer l’appareil du bassin et microfluidique solvant de la chambre de plasma et adhérer en contactant les surfaces. N’oubliez pas de placer le bassin de solvant sur le compartiment de mesure.</li>
	</ol></li>
</ol>2. µ2rhéologie procédure
<ol><li>
Préparation des échantillons de la matière molle
	<ol>
<li>Particules de sonde de lavage<ol>
<li>Pipetter 0,5 µm sondes et l’eau dans un tube de microcentrifuge à un ratio d’eau aux sondes de 10:1. Mélanger soigneusement avec la pipette de mélange, puis placer le tube de microcentrifuge dans la microcentrifugeuse et un essorage à 4600 x g pendant 10 minutes. Remarque : La solution de la sonde utilisée dans ce travail est reçue suspendu dans l’eau avec une concentration initiale de 2,6 % solides/volume, et la concentration finale des sondes utilisées dans l’exemple 0,1 % solides/volume.</li>
			<li>Sortir les tubes de microcentrifuge et la pipette sur le surnageant. Remplacer le liquide surnageant avec l’eau distillée. Répétez centrifugation pour un total de trois fois.</li>
			<li>Placez le tube de microcentrifuge le sonicateur et laisser agir pendant 15 minutes pour éliminer n’importe quel agrégat à faible température.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Combinant des sondes et la matière molle. NOTE : Pour cette procédure, un gel colloïdal a été utilisé comme l’échantillon de la matière molle.<ol>
<li>Une 75 × 50 mm lame de verre, mesurent 1 mL d’échantillon. Pipetter 40 µL de solution de la sonde dans le centre de l’échantillon.</li>
			<li>Incorporer délicatement l’échantillon avec une spatule métallique jusqu'à ce que complètement combinés. Verser l’échantillon dans un tube de microcentrifuge et centrifuger à 2340 x g pendant 15 s pour chasser l’air emprisonné.</li>
			<li>Remplissez une seringue de 1 mL muni d’une aiguille de calibre 18 et tube transparent thermoplastique avec le mélange de sonde/HCO.</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Transitions de phases consécutives induites par échange de fluides
	<ol>
<li>Remplissage du dispositif microfluidique<ol>
<li>Pour créer des bouchons PDMS, avec excès PDMS de l’étape de protocole 1.2.5, couper une section carrée de 5 mm du PDMS. À l’aide d’un poinçon de biopsie de diamètre 0,5 mm, découper un trou à mi-chemin dans le bouchon PDMS. Insérer un raccord en acier inoxydable dans le trou de diamètre 0,5 mm.</li>
			<li>Connecter des tubes thermoplastiques à trois des canaux d’entrée coin et le canal de sortie de la chambre d’aspiration. Remplir complètement l’appareil avec de l’eau à l’aide d’une seringue reliée à l’appareil. Il n’y a pas de bulles dans le compartiment de mesure ou dans les canaux microfluidiques. Bloquer le trou restant du coin avec bouchons PDMS.</li>
			<li>Le bassin de solvant doit être partiellement rempli de l’étape 2.2.1.2 ; Si elle n’est pas remplie, remplir le bassin de solvant avec de l’eau.</li>
			<li>À l’aide de la seringue de l’étape de protocole point 2.1.2.3, injecter 10 µL du mélange échantillon/sonde à travers le canal central dans le compartiment de mesure environ 2 µL/s, puis utiliser un bouchon PDMS pour bloquer le canal central dans le compartiment de mesure.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Collecte de données microrheological<ol>
<li>Activer les paramètres de la caméra à ceux optimisés pour réduire au minimum les particules statiques et dynamiques, suivi des erreurs, puis prendre l’objectif à immersion d’eau × 63 et pipette une goutte d’eau sur la lentille.</li>
			<li>Placez le dispositif microfluidique sur la platine du microscope et déclenchent l’objectif jusqu'à ce qu’il se concentre sur l’échantillon.</li>
			<li>Prendre des vidéos du mouvement brownien des sondes sur des intervalles de temps appropriés pour la durée totale d’un changement de phase. Pour la gélification, continuer à prendre des vidéos jusqu'à ce que le mouvement de la sonde a été complètement arrêtée. Remarque : Nous recueillons des données toutes les 10 min. Si nous commençons avec une expérience de dégradation, les données sont recueillies jusqu'à ce que les sondes sont complètement diffusant.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Échange de fluides dans le compartiment de mesure (écoulement par gravité, échange de liquides de densité plus faibles avec des liquides de densité plus élevées)<ol>
<li>Retirez le dispositif microfluidique de la platine du microscope.</li>
			<li>D’aspiration de l’eau hors du bassin de solvant à l’aide d’une pipette de transfert, puis Pipetter 4 mL de fluide de densité plus élevée dans le bassin de solvant.</li>
			<li>Retourner le dispositif microfluidique à la platine du microscope et recommencez à l’étape 2.2.2.3</li>
		</ol>
</li>
		<li>Échange de fluides dans le compartiment de mesure (débit d’aspiration, échange de liquides de densité plus élevées avec des liquides de densité plus faibles)<ol>
<li>Retirer le dispositif microfluidique de la platine du microscope et retirez le bouchon PDMS de la chambre d’aspiration.</li>
			<li>Insérer une seringue avec une aiguille de calibre 18 et tubes thermoplastiques clair sur le canal de la chambre d’aspiration et accrochez la seringue jusqu'à un pousse-seringue. Mettre la pompe de seringue pour tirer à 1 mL/min.</li>
			<li>Enlever l’excès d’agent gélifiant dans le bassin de solvant et rincer trois fois à l’eau de remplissage du bassin de solvant et puis à aspirer le fluide de rinçage.</li>
			<li>Aspiration de commencer avec le pousse-seringue tout en ajoutant de l’eau dans le bassin de solvant pendant une minute. Ne laissez pas le solvant bassin vide complètement, comme cela va expulser l’air dans la chambre échantillon.
</li>
			<li>Retirer la seringue du dispositif microfluidique et remettre le bouchon PDMS sur la chambre d’aspiration.</li>
			<li>Retourner le dispositif microfluidique à la platine du microscope et continuer à prélever des échantillons</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
	<li>Continuer à prendre des échantillons à intervalles réguliers au cours de la dégradation/gelation cycles jusqu'à ce que le nombre de cycles est terminé ou il n’y a pas suffisamment sondes pour la mesure.</li>
</ol>

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<li>Lee, J. S., Dylla-Spears, R., Teclemariam, N. P., Muller, S. J. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.2472528?journalCode=apl">Microfluidic four-roll mill for all flow types.</a> Appl. Phys. Lett. 90, 074103(2007).</li>
<li>Crocker, J. C., Grier, D. G. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0021979796902179">Methods of digital video microscopy for colloidal studies.</a> J. Colloid Interface Sci. 179 (1), 298-310 (1996).</li>
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</ol>

Il n’y a aucune divulgation pour ce travail.

Le dispositif microfluidique diploblastique (Figure 1) peut être facilement fait par suivant bien documenté microfluidique fabrication techniques29. Supports de verre sont ajoutées à la partie inférieure de l’appareil pour diminuer les effets vibratoires sur le mouvement de la sonde. La lame de verre est très mince (0,10 mm) afin d’adapter le travail à distance de l’objectif de microscope. Cela rend l’appareil sensible aux petites vibrations dans le bâtiment et l’envi...

Transitions de phase dans la matière molle peuvent changer la structure de l’échafaudage, qui a des implications dans la stabilité de transformation et finale de la matière1,2,3. La caractérisation de matériaux mous au cours de transitions de phase dynamique fournit des informations essentielles sur la relation entre l’évolution structurale et structure d’équilibre et des propriétés rhéologiques. Par exemple, de nombreux produits de soins à domicile nécessitent un changement de phase au cours de l’utilisation par les consommateurs. Aussi, lors de sa fabrication, étapes de traitement, y compris la dilution et le mixage, peut donner au cisaillement qui affectent les propriétés rhéologiques et microstructure finale du produit. Comprendre les propriétés rhéologiques tout au long d’un changement de phase permet d’utiliser le produit comme prévu. En outre, si les forces modifient la rhéologie départ du matériau lors de sa fabrication, transitions de phase peuvent donner des résultats inattendus et indésirables, changer la fonction et l’efficacité. Au point critique de gélation, défini comme le point où le matériau passe d’une solution de colloïdes associés ou de polymères à un réseau s’étendant sur échantillon de gel, les propriétés du matériau changent radicalement avec de légères modifications à l’association. Toute modification apportée à la structure au point critique de gel peut influer sur le produit final4. Pendant ces transitions dynamiques, matériaux souples ont de faibles propriétés mécaniques et des mesures qui utilisent des techniques expérimentales classiques peuvent être dans la mesure bruit limite5,6,7. Pour tenir compte de cette, techniques telles que microrhéologie, qui est sensible dans la gamme de modules d’élasticité faible (10-3 - 4 Pa), sont utilisés pour caractériser le gel naissant faible au cours de l’évolution dynamique. Certains matériaux sont sensibles à l’évolution de la microstructure en raison des forces extérieures, qui présente un défi lors de la caractérisation, que tout transfert de matériel ou de fluide peut influer sur la structure et, en fin de compte, les propriétés du matériau finales. Pour éviter d’altérer la microstructure des matériaux, nous avons développé un dispositif microfluidique qui peut échanger le fluide environnement autour d’un échantillon tout en minimisant le cisaillement. En échangeant l’environnement fluide, changements dans les propriétés rhéologiques et la microstructure sont mesurées au cours de transitions de phase avec des contributions minimales de cisaillement. Le dispositif est combiné avec plusieurs particules microrhéologie (MPT) de suivi dans une technique appelée µ2rhéologie. Cette technique est utilisée pour quantifier les propriétés matérielles lors des changements de phase consécutive d’un gel en réponse à un moteur externe. La technique sera illustrée à l’aide d’un gel colloïdal fibreux, l’huile de ricin hydrogénée (HCO)9,10,11.
Gel échafaudages peuvent subir des changements dans l’association et de dissociation en raison de leur échantillon environnement12,13,14,15. La force motrice de gélification et de dégradation sont matériel spécifique et doit être adaptée pour chaque matériau d’intérêt. rhéologie de2µ peut servir à caractériser les systèmes de gel qui répondent à des stimuli externes, y compris les réseaux colloïdaux et polymères. Modification de pH, pression osmotique ou concentration en sel est des exemples de moteurs qui peuvent induire des changements dans la microstructure du matériau. Par exemple, HCO subit des transitions de phase contrôlée en créant un gradient de pression osmotique. Lorsqu’un échantillon de gel concentré HCO (4 % en poids HCO) est immergé dans l’eau, les forces d’attraction entre les particules colloïdales s’affaiblir, entraînant la dégradation. Par ailleurs, lorsqu’une solution diluée d’HCO (0,125 % de poids HCO) est en contact avec un matériau hydrophile (dénommé le gélifiant et composé principalement de glycérine et agent tensio-actif), la séduisante forces retour, causant la gélification. Ce système de gel servira à montrer le fonctionnement de l’appareil comme un outil pour mesurer les transitions de phases consécutives sur un seul échantillon9,10. Pour caractériser ces échafaudages de gel au cours des transitions dynamiques et la structure délicate gel naissante à la transition de la phase critique, les MPT nous permet de caractériser ces matériaux avec une haute résolution temporelle.
Microrhéologie est utilisée pour déterminer les propriétés du gel et structure, en particulier pour la transition critique, d’un tableau des matériaux souples, y compris les gels colloïdaux et polymères5,6,9,16. MPT est une technique de microrheological passive qui utilise la microscopie vidéo pour enregistrer le mouvement brownien des particules sonde fluorescente intégré au sein d’un échantillon. Les positions des particules dans les vidéos sont précisément déterminées à 1/10ème d’un pixel à l’aide classique suivi algorithmes17,18. L’ensemble en moyenne quadratique moyenne cylindrée (MSD, (Δr2(t))) est calculé à partir de ces trajectoires de particules. Le TMS est lié aux propriétés des matériaux, tels que la conformité de fluage, en utilisant la Relation de Stokes-Einstein généralisée17,19,20,21,22, 23. L’état de la matière est déterminée en calculant la pente logarithmique de la courbe MSD en fonction du temps de latence, α,
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/57429/57429eq1.jpg">
où t est le temps de latence et en le comparant à l’exposant critique de relaxation, n. n est déterminé à l’aide de superposition de temps-cure, une technique bien documentée qui a été modifiée pour analyser les données de la MPT de Larsen et Furst6. En comparaison de n α l’état de la matière est déterminé quantitativement. Lorsque α &gt; n le matériau est un sol et quand α &lt; n le matériau est un gel. Les travaux précédents a caractérisé le système HCO utilisant microrhéologie pour déterminer l' exposant critique de relaxation9. En utilisant cette information, nous déterminons précisément lorsque le matériel effectue une transition d’un gel d’un sol pendant une expérience. En outre, le paramètre non gaussiennes, αNG, peut être calculé pour déterminer le degré d’hétérogénéité structurelle d’un système,
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/57429/57429eq2.jpg">
Δx(t) étant le mouvement de la particule unidimensionnel dans la direction x . À l’aide de MPT, nous pouvons caractériser une transition de phase unique, mais de caractériser les matériaux avec MPT dans un dispositif microfluidique, nous sommes en mesure de manipuler le milieu liquide environnant et de recueillir des données de plusieurs transitions de phase sur un échantillon de gel unique.
Ce dispositif microfluidique est conçu pour étudier les transitions critiques d’un échantillon de gel unique qui subit des changements de phase en réponse aux changements dans le milieu liquide environnant. Le dispositif échange liquide entourant l’échantillon lorsqu’il est dans l’état de gel ou de sol en verrouillant l’échantillon permettant d’induire une transition de phase tout en minimisant le cisaillement. Un bassin de solvant se situe directement au-dessus de la chambre de mesure, qui sont reliées par six canaux d’entrée symétriquement espacés. Cette symétrie permet l’échange de liquide dans le bassin de solvant pour le compartiment de mesure tout en créant une pression égale autour de l’échantillon, verrouiller en place. Il y a eu plusieurs études qui utilisent cette technique pour une seule particule et le piégeage de l’ADN, mais ce travail évolue au volume de molécules simples vers des exemples qui sont environ 10 µL24,25,26. Cette conception unique permet également la caractérisation microrheological en temps réel au cours de transitions de phase.
rhéologie de2µ est une technique robuste qui s’applique à de nombreux systèmes de matière molle. La technique décrite dans le présent document a été conçue pour les gels colloïdaux, mais il peut être facilement adaptée à d’autres matériaux tels que le polymère ou solutions micellaires. Avec cette technique, nous déterminons non seulement comment les transitions de phase affectent les propriétés matérielles de l’équilibre, mais aussi comment les différentes étapes peuvent avoir des effets sur l’évolution rhéologique du matériau et la structure de l’échafaudage final durables et Propriétés.

<table><tbody><tr><td>Boîte de Pétri 150 x 15 mm Corning</td><td>, Inc.</td><td></td><td></td>351058</tr><tr><td>Lame en verre 75 x 50 x 0,15 mm</td><td>Fisher Scientific</td><td>Diapositive en verre Custom</td><td></td></tr><tr><td>75 x 50 x 1,0 mm</td><td>Fisher Scientific</td><td>12-550-C</td><td></td></tr><tr><td>Diapositive en verre 75 x 25 x 1,0 mm Diapositive</td><td>Fisher Scientific</td><td>12-550-A3</td><td></td></tr><tr><td>22 x 22 lamelles en verre</td><td>Fisher Scientific</td><td>12-542-B</td><td></td></tr><tr><td>Acétone, 99,5 %</td> <td>VWR Analytical</td><td>67-64-1</td><td></td></tr><tr><td>Source UV de faible intensité</td><td>UVP</td><td>UVL-56</td><td></td></tr><tr><td>Chloroforme, 99,9 %</td> Fisher <td>Chemical</td><td>C298-500</td><td></td></tr><tr><td>Cotons-tiges</td><td>cotons-tiges</td><td>83289205</td><td></td></tr><tr><td>éthanol, 90 %</td> <td>Fisher Chemical</td><td>A962-4</td><td></td></tr><tr><td>Fluoresbrite&reg ; Microsphères de carboxylate YG 0,50& micro ; m</td><td>Polysciences, Inc.&nbsp ;</td><td>15700-10</td><td></td></tr><tr><td>Lampe UV à haute intensité</td><td>Spectroline Corp.</td><td>SB-100P</td><td></td></tr><tr><td>Plaque chauffante</td><td>Corning, Inc.</td><td>PC-420</td><td></td></tr><tr><td>Acide chlorhydrique, 6N</td><td>Ricca Chemical Company</td><td>3750-32</td><td></td></tr><tr><td>Méthyltriéthyoxysilane, 98 %</td> <td>Acros Organics</td><td>174622500</td><td></td></tr><tr><td>Microcentrifugeuse</td><td>Eppendorf</td><td>5424</td><td></td></tr><tr><td>Nettoyeur de plasma</td><td>Harrick Plasma, Inc.</td><td>PDC-32G</td><td></td></tr><tr><td>Polydiméthylsiloxane (PDMS)</td><td>Robert McKwown Company</td><td>2065622</td><td></td></tr><tr><td>Sonicator</td><td>Branson, Emerson Electric</td><td>1800</td><td></td></tr><tr><td>Connecteurs en acier, ID 0,023 pouce</td><td>New England Small Tube Corp.</td>Tétraéthoxysilane <td>sur mesure</td><td></td></tr><tr><td>, 98 %</td> Résine de thiol-ène <td>Alfa</td><td>Aesar A14965</td><td></td></tr><tr><td>(durcissable aux UV)</td><td>Norland Products, Inc.&nbsp ;</td><td>NOA81</td><td></td></tr><tr><td>Transparency</td><td>Staples Inc.&nbsp ;</td><td>21828</td><td></td></tr><tr><td>Tube Tygon, ID 1/32 pouce</td><td>McMaster-Carr</td><td>E-3603</td><td></td></tr><tr><td>Four à vide</td><td>Fisher Scientific</td><td>282A</td><td></td></tr><tr><td>Poinçon à biopsie 8 mm</td><td>World Precision Instruments</td><td>504535</td><td></td></tr><tr><td>Poinçon Bioposy 0,5 mm</td><td>World Precision Instruments</td><td>504528</td><td></td></tr><tr><td>seringue, 30 mL</td><td>BD</td><td>309659</td><td></td></tr><tr><td>Seringue, 3 mL</td><td></td> Aiguille <td>BD 309651</td><td></td></tr>, <tr><td>calibre 18</td><td>BD</td><td>305195</td><td></td></tr><tr><td>Tube de microcentrifugation, 1,5 mL</td><td>Eppendorf</td><td>22-36-320-4</td><td></td></tr><tr><td>Caméra haute vitesse</td><td>Vision Research</td><td>Miro M120&nbsp ;</td><td></td></tr><tr><td>Microscope</td><td>Carl Zeiss AG</td><td>Zeiss Observer, Z1</td><td></td></tr><tr><td>Pompe à seringue</td><td>New Era Pump Systems</td><td>NE-300</td><td></td></tr><tr><td>Huile de ricin hydrogénée</td><td>Procter & Gamble</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Af&iacute ; cio MP 6002 Imprimante</td><td>Ricoh Company, Ltd.</td><td></td><td></td>415877</tr></tbody></table>

combinant la microfluidique et microrhéologie pour déterminer les propriétés rhéologiques de la matière molle au cours de transitions de phases répétées

Combining Microfluidics and Microrheology to Determine Rheological Properties of Soft Matter during Repeated Phase Transitions

La microstructure de la matière molle directement effets macroscopiques propriétés rhéologiques et peut être modifiée par des facteurs incluant colloïdal réarrangement lors des changements de la phase précédente et appliqué au cisaillement. Pour déterminer l’ampleur de ces changements, nous avons développé un dispositif microfluidique que permet répété des transitions de phase induites par l’échange de la caractérisation de fluides et microrheological environnante tout en limitant au cisaillement sur l’échantillon. Cette technique est µ2rhéologie, la combinaison de la microfluidique et microrhéologie. Le dispositif microfluidique est une conception de la bicouche avec des flux d’entrée symétrique entrant dans une chambre à échantillon qui intercepte l’échantillon de gel en place au cours de l’échange de fluides. Succion peut être appliquée très loin de la chambre de mesure extraire des fluides dans le compartiment de mesure. Propriétés rhéologiques des matériaux sont caractérisées à l’aide de plusieurs particules, suivi de microrhéologie (MPT). MPT, sonde fluorescente particules sont incorporées dans le matériau et le mouvement brownien des sondes est enregistré à l’aide de la microscopie vidéo. Le mouvement des particules est suivi et le déplacement quadratique moyenne (MSD) est calculé. Le TMS est liée à des propriétés rhéologiques macroscopiques, en utilisant la Relation de Stokes-Einstein généralisée. La phase de la matière est identifié par comparaison à l’exposant critique de relaxation, déterminée à l’aide de superposition de temps-cure. Les mesures d’un gel colloïdal fibreux illustrent l’utilité de la technique. Ce gel a une structure délicate qui peut être irréversiblement changée lorsque l’inclinaison est appliquée. données de rhéologie µ2montrent que le matériau s’équilibre à plusieurs reprises pour les mêmes propriétés rhéologiques après chaque phase de la transition, indiquant que les transitions de phase ne jouent pas un rôle dans modifications microstructurales. Pour déterminer le rôle de cisaillement, les échantillons peuvent être cisaillés avant injection dans notre dispositif microfluidique. rhéologie de2µ est une technique largement applicable pour la caractérisation de la matière molle permettant la détermination des caractéristiques rhéologiques des microstructures délicates dans un seul échantillon au cours de transitions de phase en réponse aux changements répétés dans le conditions environnementales existantes.

Un dispositif microfluidique à deux couches est construit avec le PDMS (Figure 1a, b), qui est modelé sur un timbre de la microfluidique. La conception du timbre est illustrée en Figure 1c. Montage expérimental incorrecte peut entraîner les deux erreurs dans les flux microrhéologie et microfluidique passives pendant entourant l’échange de fluides (Figure 2). Exemples...

Nous démontrons la fabrication et l’utilisation d’un dispositif microfluidique qui permet le suivi des mesures microrhéologie pour étudier les effets rhéologiques des transitions de phases répétées sur la matière molle de particules multiples.

Combinant la microfluidique et microrhéologie pour déterminer les propriétés rhéologiques de la matière molle au cours de Transitions de phases répétées

The microstructure of soft matter directly impacts macroscopic rheological properties and can be changed by factors including colloidal rearrangement ...

L’objectif global de cette procédure est d’utiliser la microfluidique pour induire des transitions de phase consécutives dans un seul échantillon de matière molle en échangeant le fluide environnant tout en mesurant simultanément les changements de propriétés rhéologiques à l’aide de la microrhéologie de suivi de plusieurs particules. Cette méthode peut répondre à des questions clés dans le domaine de la matière molle, telles que l’impact des transitions de phase, y compris le réarrangement moléculaire ou colloïdal sur les propriétés rhéologiques dynamiques. Le principal avantage de cette technique est que l’échantillon reste en place pendant les multiples transitions de phase, ce qui permet une caractérisation en temps réel.Cela permet de quantifier les propriétés rhéologiques, en particulier les propriétés uniques dans les systèmes hétérogènes. Pour commencer la procédure, imprimez le négatif du dispositif microfluidique sur une feuille d’acétate transparent et réchauffez une lampe UV à haute intensité. Sur une deuxième feuille d’acétate transparent, tracez les coins d’une diapositive de 75 millimètres sur 50 millimètres.Placez des entretoises en verre d’un millimètre de haut sur les coins. Versez environ cinq millilitres de résine thiol-ène durcissable aux UV au centre des entretoises. Posez soigneusement une lame de verre de 75 millimètres sur 50 millimètres sur un millimètre sur les entretoises pour couvrir la résine.Assurez-vous qu’il n’y a pas de bulles d’air entre la glissière et la résine. Placez le négatif imprimé sur la lame de verre. Faites glisser délicatement l’ensemble sous la lampe UV et laissez la résine durcir pendant 45 secondes.Ensuite, faites glisser l’ensemble loin de la lampe UV et retirez la lame de verre à motifs ou le tampon microfluidique. Immergez le tampon microfluidique dans de l’acétone pendant 10 secondes maximum, puis plongez le tampon dans de l’éthanol pendant la même durée. Répétez cette séquence d’immersion une fois.Ensuite, plongez le tampon dans de l’eau distillée. En travaillant avec un minimum de mouvement de la main, utilisez un coton-tige pour retirer la résine restante sans toucher la résine durcie. Remplacez le coton-tige lorsqu’il est saturé d’eau.Faites durcir le tampon sous la lumière UV pendant encore 30 minutes. Ensuite, mélangez 70 grammes de base PDMS avec un agent de réticulation dans un rapport de un à 10, et dégazez le PDMS pendant une heure ou jusqu’à ce que le PDMS ne soit plus trouble. Placez le tampon microfluidique face vers le haut dans une boîte de Pétri en plastique de 150 millimètres.Versez lentement le PDMS dans le plat, en versant près de la surface du plat pour minimiser la formation de bulles, pour couvrir complètement le tampon. Couvrez la boîte de Pétri et durcissez le PDMS à 55 degrés Celsius pendant la nuit. À l’aide d’un couteau, coupez l’excédent de PDMS.Séparez le PDMS à motifs du tampon à la main. Retirez le tampon et l’excédent de PDMS de la boîte de Pétri. Ensuite, placez le plat sur une feuille de papier imprimée avec les emplacements des trous extérieurs symétriques pour la chambre d’échantillonnage.Alignez le PDMS à motifs avec le guide et utilisez un poinçon de biopsie de 5 millimètres pour percer des trous à travers le PDMS aux endroits marqués. La principale caractéristique de cet appareil est la symétrie entre les canaux d’entrée et la même chambre. Cela permet l’échange de liquide sans perte d’échantillon.Il est important d’utiliser un modèle de guidage pour assurer la précision lors de la coupe des canaux. Enfin, percez un trou au centre de la chambre d’échantillonnage, sur le bord intérieur de la chambre d’aspiration et à chaque extrémité des longs canaux extérieurs. Couvrez la boîte de Pétri lorsque vous rangez le PDMS à motifs.Un jour avant l’assemblage du dispositif, préparez le fluide préconverti qui sera utilisé pour créer des parois de verre dans le dispositif microfluidique. Pour commencer l’assemblage de l’appareil, traitez au plasma le PDMS à motifs et une fine lame de verre pendant 40 secondes. Appuyez soigneusement ensemble sur les faces traitées au plasma de la lame et sur le PDMS à motifs.Appliquez de la résine durcissable aux UV sur la couture entre le PDMS et la lame, et durcissez la résine sous une lumière UV de faible intensité pendant cinq minutes. Ensuite, insérez des tubes thermoplastiques équipés de connecteurs en acier inoxydable dans tous les trous d’angle sauf un du PDMS à motifs. Connectez une seringue de trois millilitres de liquide préconverti au dernier trou à l’aide d’une aiguille de calibre 18, d’un tube thermoplastique et d’un connecteur.Remplissez le dispositif microfluidique avec du liquide préconverti. Ensuite, placez l’appareil sur une plaque chauffante chauffée à 100 degrés Celsius et, pendant 10 secondes, faites couler trois millilitres de fluide préconverti à travers l’appareil pour fabriquer les parois en verre. Ensuite, retirez l’appareil de la plaque chauffante.Utilisez une seringue de 30 millilitres d’air pour expulser l’excès de liquide préconverti. Faites couler lentement 15 millilitres de chloroforme à travers l’appareil, suivis de 30 millilitres d’éthanol, chacun sur une période d’environ une minute. Ensuite, poussez l’air à travers le dispositif microfluidique jusqu’à ce qu’il soit sec.Retirez le tube des trous. Ensuite, utilisez de la résine durcissable aux UV pour fixer des bandes de verre d’un millimètre d’épaisseur sur la face inférieure des bords longs de l’appareil. Coupez un morceau de 30 x 30 millimètres de PDMS durci en excès et percez un trou plus large que la chambre d’échantillon au centre pour former le bassin de solvant.Plasma : traitement du bassin et du dispositif microfluidique pendant 40 secondes. Placez la face du bassin traitée au plasma sur l’appareil avec la chambre d’échantillonnage centrée dans le trou. Appliquez une légère pression pour fixer le bassin à l’appareil.Enfin, coupez six carrés de cinq millimètres dans l’excédent de PDMS. À l’aide d’un poinçon de biopsie de 5 millimètres, découpez un trou à mi-chemin de chaque carré. Insérez un connecteur en acier inoxydable dans chaque trou pour former les bouchons PDMS.Après avoir chargé l’échantillon de matière molle dans une seringue d’un millilitre, insérez un tube thermoplastique dans trois des canaux d’entrée d’angle de l’appareil et dans la sortie de la chambre d’aspiration. Remplissez une autre seringue avec de l’eau déminéralisée. Fixez le tube thermoplastique à la seringue et expulsez les bulles d’air.Connectez la seringue au quatrième canal d’entrée d’angle. Remplissez l’appareil et le bassin de solvant avec de l’eau déminéralisée. Assurez-vous qu’il n’y a pas de bulles dans la chambre d’échantillonnage ou dans les canaux microfluidiques.Complétez l’eau du bassin de solvant avec une pipette de transfert si nécessaire. Il est essentiel que le dispositif microfluidique soit correctement configuré. Plus important encore, assurez-vous qu’il n’y a pas de bulles d’air dans l’appareil, car elles peuvent perturber à la fois le flux microfluidique et les données microrhéologiques.Ensuite, injectez 10 microlitres de l’échantillon de matière molle dans la chambre d’échantillonnage via l’entrée centrale à environ deux microlitres par seconde. Boucher l’entrée centrale après le chargement de l’échantillon. À l’aide d’un microscope inversé et d’une caméra à grande vitesse, enregistrez au moins 20 vidéos du mouvement brownien des sondes dans le mélange d’échantillons sur des intervalles de temps appropriés à la durée de la transition de phase.Pour la gélification, continuez à enregistrer des vidéos jusqu’à ce que le mouvement de la sonde s’arrête complètement. Pour la dégradation, continuez à enregistrer des vidéos jusqu’à ce que les sondes soient complètement diffuses. Ensuite, retirez l’appareil de la platine du microscope.Pour remplacer l’eau par un fluide de densité plus élevée, prélevez l’eau du bassin de solvant à l’aide d’une pipette de transfert et pipetez quatre millilitres du fluide de densité supérieure dans le bassin. Remettez l’appareil sur la platine du microscope et poursuivez l’enregistrement des vidéos. Pour remplacer un liquide de densité supérieure par de l’eau ou un autre fluide de densité inférieure, connectez une seringue au canal de la chambre d’aspiration à l’aide d’une aiguille de calibre 18 et d’un tube thermoplastique.Montez la seringue sur un tire-seringue réglé pour retirer à raison d’un millilitre par minute. Pipetez la majeure partie du liquide haute densité du bassin de solvant et rincez le bassin avec le liquide de faible densité trois fois, sans jamais laisser le bassin se vider complètement. Remplissez le bassin avec un liquide à faible densité après le rinçage.Remplissez une pipette de transfert avec le liquide à faible densité. Ensuite, utilisez le pousse-seringue pour prélever le liquide à haute densité pendant une minute. Ajoutez le liquide de faible densité goutte à goutte dans le bassin au besoin pendant l’échange de fluide.Ensuite, bouchez la chambre d’aspiration et remettez l’appareil sur la platine du microscope pour l’enregistrement. Acquérez des vidéos des cycles de gélification de dégradation de cette manière pour le nombre de cycles souhaité ou jusqu’à ce qu’il n’y ait pas suffisamment de sondes pour la mesure. Le déplacement quadratique moyen moyen d’ensemble des trajectoires des particules de sonde a été suivi lors des transitions de phase successives d’un système d’huile de ricin hydrogénée entre le gel et le sol.La gélification a été induite par l’échange d’eau par gravité pour un agent gélifiant de plus haute densité. La dégradation a été induite par l’échange du flux d’aspiration de l’agent gélifiant pour l’eau. La chambre d’échantillonnage a été rincée à l’eau lorsque le comportement de phase a suggéré que l’agent gélifiant n’avait pas été complètement éliminé de la chambre.Aucun changement des propriétés rhéologiques n’a été observé lorsque l’échantillon a été laissé en phase sol sans échange de liquide pendant environ 600 minutes. Les transitions de phase répétées n’ont pas induit de changements observables dans les propriétés rhéologiques d’équilibre, comme le montrent les pentes logarithmiques des courbes MSD ou alpha revenant aux mêmes valeurs pour chaque phase. La valeur alpha à l’équilibre de la phase sol était inférieure à 1,0, ce qui indique que le matériau a conservé une certaine structure même après dégradation.Le gel a subi une augmentation de l’hétérogénéité structurelle pendant la transition de phase gel-sol, comme l’indiquent les pics de paramètres non gaussiens pendant les cycles de dégradation. Un réarrangement colloïdal peut se produire immédiatement après l’échange de fluides, comme l’indiquent les augmentations de l’alpha. Nous avons d’abord eu l’idée de cette méthode pour déterminer si les transitions de phase provoquaient des changements permanents dans les propriétés rhéologiques et la microstructure d’un matériau mou.Dans le système HCO, ce dispositif a permis de mesurer deux mécanismes possibles de ces changements permanents, le réarrangement colloïdal lors des transitions de phase ou le cisaillement induit lors de la préparation de l’échantillon. Une fois maîtrisée, cette technique peut être utilisée pour identifier les propriétés rhéologiques d’un système de matière molle sur de nombreuses transitions de phase en réponse aux changements de l’environnement fluide environnant.

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RheoSANS - Interrogation simultanée Dielectric d&#39;impédance, Rhéologie et petit angle de diffusion neutronique des fluides complexes

Ce protocole décrit en détail comment fabriquer et utiliser des dispositifs microfluidiques pour la collecte de données de diffraction des rayons x à la température ambiante. En outre, il décrit comment contrôler la cristallisation de protéines en diffusion dynamique de la lumière et comment traiter et analyser des données de diffraction a obtenu.

Puces microfluidiques pour diffusion de lumière dynamique Diffraction de rayons x de cristaux In Situ et In Situ pour série cristallographie

Un dispositif d’écoulement co-inversion de phase est démontré pour produire des gouttelettes de haute viscosité monodispersés au-dessus de 1 Pas, ce qui est difficile à réaliser en microfluidique de gouttelettes.

Fabrication des gouttelettes de haute viscosité à l’aide de dispositif microfluidique à capillaire avec Structure de flux de co-inversion de Phase

Ce protocole décrit la fabrication des dispositifs microfluidiques de MY133-V2000 pour éliminer les artefacts qui se posent souvent en microcanaux en raison des indices de réfraction incompatible entre les structures de microcanaux et une solution aqueuse. Ce protocole utilise un support acrylique pour compresser l’appareil encapsulé, améliorant l’adhérence chimiquement et mécaniquement.

Fabrication de dispositifs de réfraction-index-assortie de microfluidique biomédicale

Ce protocole démontre la préparation d'un matériau photorhéologique qui présente une phase solide, diverses phases cristallines liquides, et une phase liquide isotrope en augmentant la température. Présentés ici sont des méthodes pour mesurer la relation structure-viscoélasticité du matériau.

Changement photorhéologique rapide et à contraste élevé d'un cristal liquide nematique Twist-Bend

Ce protocole présente une méthode pour effectuer la caractérisation rhéologique du mucus qui réside sur les râteaux branchiaux (GR) de la carpe argentée. Les caractéristiques viscoélastiques du MUCUS GR, obtenues en mesurant la viscosité, le stockage et les modules de perte, sont évaluées pour la limite d’élasticité apparente afin de comprendre le mécanisme d’alimentation du filtre dans les GR.

Caractérisation macro-rhéologique du mucus gill raker chez la carpe argentée, Hypophthalmichthys molitrix

La fabrication d’un dispositif bicouche à base de polydiméthylsiloxane (PDMS) pour la production de banques combinatoires dans des émulsions eau-dans-huile (bouchons) est présentée ici. Le matériel et les logiciels nécessaires à l’automatisation de la production de bougies sont détaillés dans le protocole, et la production d’une bibliothèque quantitative de bougies fluorescentes est également démontrée.

Dispositif microfluidique bicouche pour la production de bouchons combinatoires

Ce protocole détaille la conception et la fabrication d’un dispositif microfluidique adapté à l’étude de la mécanique des polymères de microtubules. La synthèse de techniques de microfabrication, de contrôle automatisé des flux et de modélisation informatique permet d’obtenir un système flexible parfaitement adapté à l’exploration du cytosquelette cellulaire in vitro.

Développement d’une approche basée sur la microfluidique pour l’étude de la mécanique des polymères de microtubules

Découvrez la microfluidique et la microrhéologie pour mesurer les propriétés rhéologiques de la matière molle lors de transitions de phases répétées. Cette méthode permet une caractérisation en temps réel.

Combinant la microfluidique et microrhéologie pour déterminer les propriétés rhéologiques de la matière molle au cours de Transitions de phases répétées (Vidéo) | JoVE Journal

Combinant la microfluidique et microrhéologie pour déterminer les propriétés rhéologiques de la matière molle au cours de Transitions de phases répétées

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